【每日话题】结构体对齐为什么那么重要？

2万 · 2023-4-19 09:55

#每日话题#

C语言结构体对齐问题，是面试必备问题。技术参与招聘技术面试的时候，大都很喜欢问这个技术点。
这不是在面试时要装B，也不是要故意难为一下面试者，而是这个知识点比较基础，但很重要。
网上搜出来的嵌入式或C语言笔试题，很多都有这种题目，连《程序员面试宝典》也有讲解这种题目。

结构体对齐知识点考察，俨然成为编程技术岗面试笔试的一种标配。（cr：嵌入式软件实战派-站派大师兄）
你以前找工作被问到过这种题吗？为什么结构体对齐那么重要？结构对其的本质是什么呢？

话题奖励如下：
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只看该作者 · 2023-4-19 10:25

结构体对齐是指在编程时，将结构体的大小、对齐方式和访问权限等属性都保持一致，以确保程序的正确性和可读性。
结构体对齐的本质是为了确保程序的正确性和可读性。在嵌入式系统和C语言中，结构体对齐是一个基本的编程概念，它是良好的编码风格和程序结构的必要条件。如果结构体没有对齐，程序可能会出现语法错误、逻辑错误或者不可读的问题。
在嵌入式系统和C语言中，结构体对齐非常重要，因为嵌入式系统的内存分配和内存管理比较困难，因此对内存对齐的要求更加严格。此外，C语言中的指针操作需要对齐，否则可能会导致不可预测的行为或错误。
所以对于程序员来说，熟悉结构体对齐是必须的，这不仅可以提高程序的质量，还可以提高程序员的编程风格和逻辑思维能力。同时，这也是在技术面试和面试中必须掌握的基本技能之一。
最近的项目中也是因为数据不对齐的问题导致各种奇奇怪怪的问题。

只看该作者 · 2023-4-19 15:51

最近遇到过结构体对齐的问题，在保存一个结构体到flash后发现占用的空间和想象的不一样，百度了一下才发现有结构体对齐这个事，对齐的原因主要两个，一是硬件平台可能只能在某些地址处取得某些特定类型的数据，不对齐的话就没法读到正确的数据，二是对齐后可以优化访问内存的速度。有了结构体对齐后，结构体内成员要合理的排列，不然可能会白白多占用内存。

只看该作者 · 2023-4-19 17:46

硬件平台决定的，纯c语言掉坑很难，但是和硬件挂钩后，百分百会掉坑

2万 · 2023-4-19 22:13

感觉C语言做为最为基础和常用的编程语言，结构对齐是有必要的，不然容易出错呀。

只看该作者 · 2023-4-19 23:18

结构体不对齐，其分配的内存空间的大小就不是确定的，嵌入式中，如果结构体使用的内存大小不确定，就会出现内存溢出的问题，排查问题时，很难确定是哪里出了错。

只看该作者 · 2023-4-19 23:59

结构对齐，分配空间划分明确，后续排查问题也井然有序，是一个必不可少的部分。

只看该作者 · 2023-4-20 06:41

来看看高手们对此语言的看法和心得

只看该作者 · 2023-4-20 08:32

由于内存分配问题，四字节类型数据都是从能被4整除的地址位置开始的，如果结构体不做对齐的话，会导致四字节类型数据的起始位置不在被4整除的地址位置，从而导致数据读取错误或者无法读取等问题，从而导致程序错误。
因此结构体对齐是有必要的。
可以通过调整结构体内变量顺序，优化结构体占用空间，在匹配结构体对齐规律的同时减少占用内存。

只看该作者 · 2023-4-20 08:42

由于内存分配问题，四字节类型数据都是从能被4整除的地址位置开始的，如果结构体不做对齐的话，会导致四字节类型数据的起始位置不在被4整除的地址位置，从而导致数据读取错误或者无法读取等问题，从而导致程序错误。

1万 · 2023-4-20 09:30

清晰整洁吧，好习惯好结果！

1万 · 2023-4-20 09:30

清晰整洁吧，好习惯好结果！

只看该作者 · 2023-4-20 10:10

内存分配对齐，能更好的分配内存，调用以来不容易出错，用过都说好

只看该作者 · 2023-4-20 13:43

结构体对齐，能节省不少内存空间，编译器分配结构体内每个内部变量是按照内存对齐整数倍分配的，不规则排序会增加结构体的大小，比如按四字节对齐，struct x{char a,intb，short c，}sizeof得出结构体大小是12，如果写成char a ，short c，int b，sizeof得出是8，减少了4个空间，也可使用编译指令强制内存对齐；不优化的话在大量动态申请内存的时候，可能会导致内存溢出、堆指针异常等情况发生

只看该作者 · 2023-4-20 16:41

本帖最后由 zlf1208 于 2023-4-20 16:49 编辑

结构体对齐是32位字长的硬件寻址方式决定的，不是C语言本身的特性，在8位机上，不对齐是不会出错的。试题的目的是让软件工程师知道：软件是运行在硬件之上的，软件和硬件之间是需要协同工作的，写软件的人也需要了解硬件，不要觉得我是写软件的，硬件跟我无关。很多写软件的人不懂得这一点。

只看该作者 · 2023-4-20 18:17

指令集的历史遗留问题，CPU访问不对齐的内存会产生总线错误。现在的M3和M4虽然支持不对齐访问，但需要多周期执行，降低执行速度。

只看该作者 · 2023-4-20 21:07

这题不会，不要，过

1万 · 2023-4-20 22:18

最烦结构体套娃，一层一层又一层

只看该作者 · 2023-4-20 22:50

我也觉得结构体对齐是一种编程习惯，这种习惯要建立在硬件基础的。

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